Os cientistas querem redefinir o segundo com mais precisão

Cientistas querem redefinir o segundo para torná-lo mais preciso. Embora pareça algo sem grande importância, pode ter várias aplicações práticas.

Todos precisamos de saber as horas. Desde que o inventor holandês do século XVII, Christiaan Huygens, fez o primeiro relógio de pêndulo, as pessoas têm pensado em boas razões para medir o tempo com mais precisão.

Saber o tempo certo é importante em muitos casos, desde a operar uma ferrovia até fazer negociações de milissegundos no mercado de ações. Agora, para a maioria de nós, os nossos relógios estão a comparar-se a um sinal de relógios atómicos, como aqueles a bordo dos satélites de GPS.

Mas um estudo publicado esta semana na revista Nature pode significar que esses sinais ficarão muito mais precisos, ao abrir caminho para nos permitir redefinir o segundo com mais precisão. Os relógios atómicos poderiam tornar-se tão precisos que poderíamos começar a medir ondas gravitacionais até então impercetíveis.

O relógio atómico foi construído pela primeira vez por Louis Essen e foi usado para redefinir o segundo em 1967, uma definição que permaneceu a mesma desde então.

Ele funciona contando a frequência de variação de uma propriedade quântica chamada spin nos eletrões dos átomos de césio. Um segundo é oficialmente definido “a duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio-133″.

Se podemos medir o tempo e a frequência com precisão, então há todos os outros tipos de coisas que também podemos medir com precisão. Por exemplo, medir a frequência de rotação de certos átomos e moléculas pode dizer-nos a força do seu campo magnético. Portanto, se podemos encontrar a frequência com precisão, também encontramos a intensidade do campo com precisão. Os sensores de campo magnético mais pequenos funcionam desta maneira.

Mas podemos fazer relógios melhores que nos permitam medir a frequência ou o tempo com ainda mais precisão? A resposta pode passar por aumentar a frequência.

Os cientistas estão a pensar se a definição internacional do segundo poderia ser redefinida para torná-lo mais preciso. Mas para conseguir isto, os diferentes relógios óticos que usaríamos para contar o tempo com precisão precisam de ser confiáveis para ler ao mesmo tempo, mesmo estando em laboratórios diferentes a milhares de quilómetros de distância. Até agora, esses testes de longa distância não têm corrido muito bem.

Relógios melhores

Agora, usando uma nova maneira de ligar os relógios com lasers ultrarrápidos, os investigadores mostraram que diferentes tipos de relógios atómicos óticos podem ser colocados a alguns quilómetros de distância e ainda estarem bastante sincronizados. Eles conseguiram resultados cerca de cem vezes mais precisos do que os obtidos antes com relógios diferentes ou grandes distâncias.

Os autores do novo estudo compararam vários relógios baseados em diferentes tipos de átomos – itérbio, alumínio e estrôncio no seu caso. O relógio de estrôncio estava situado na Universidade do Colorado e os outros dois no US National Institute of Standards and Technology, ao fundo da rua.

O estudo conectou os relógios com um feixe de laser através do ar ao longo de 1,5 km de um prédio a outro, e essa ligação mostrou-se tão boa quanto uma fibra ótica sob a estrada, apesar da turbulência do ar.

Mas por que precisamos de relógios tão precisos? Embora os átomos do relógio devam ser exatamente os mesmos onde quer que o relógio esteja e quem quer que olhe para ele, pequenas diferenças úteis podem surgir quando as medições do tempo são tão precisas.

De acordo com a Teoria da Relatividade de Einstein, a gravidade distorce o espaço-tempo e podemos medir essa distorção. Relógios óticos já foram usados para detetar a diferença no campo gravitacional da Terra movendo-se apenas um centímetro de altura.

Com relógios mais precisos, talvez fosse possível sentir o aumento do stress da crosta terrestre e prever erupções vulcânicas. Ondas gravitacionais produzidas por fusões de buracos negros distantes foram vistas – talvez agora sejamos capazes de detetar ondas muito mais fracas de eventos menos cataclísmicos usando um par de satélites com relógios óticos.